Harmonic คืออะไร?
Harmonic คือ คลื่นไฟฟ้าความถี่สูงที่ซ้อนทับบนคลื่นไซน์ความถี่พื้นฐาน 50 Hz ทำให้รูปคลื่นเพี้ยนไปจากเดิม โดยความถี่จากการเกิด Harmonic จะสามารถนับได้เป็นจำนวนเท่าของความถี่เดิม
สำหรับระบบไฟฟ้าในประเทศไทยที่มีความถี่พื้นฐาน 50 Hz ตัวอย่างเช่น
- Harmonic ลำดับที่ 3 มีความถี่ 150 Hz
- Harmonic ลำดับที่ 5 มีความถี่ 250 Hz
- Harmonic ลำดับที่ 7 มีความถี่ 350 Hz
ค่า THD คืออะไร?
ค่า THD คือ ค่าความเพี้ยนฮาร์มอนิกรวม ใช้แสดงว่ารูปคลื่นแรงดันหรือกระแสไฟฟ้ามีความผิดเพี้ยนจากองค์ประกอบความถี่พื้นฐานมากน้อยแค่ไหน โดยมักแสดงอยู่ในรูปแบบเปอร์เซ็นต์ หากค่า THD ไฟฟ้าต่ำ หมายถึงรูปคลื่นมีความเพี้ยนน้อย ส่วนค่า THD ไฟฟ้าสูงหมายถึงมี Harmonic อยู่ในระบบมากขึ้น
โดยทั่วไปแล้ว ค่า THD ที่เป็นปกติ และทำให้ระบบไฟฟ้า เครื่องจักร และอุปกรณ์ไฟฟ้า สามารถทำงานได้ตามปกติอย่างมีประสิทธิภาพ จะต้องไม่เกิน 5% สำหรับแรงดันไฟฟ้า และไม่เกิน 8% สำหรับกระแสไฟฟ้า
การวัดค่า THD ควรใช้เครื่องมือที่ได้มาตรฐานและมีความแม่นยำ เช่น Power Quality Analyzer หรือ Harmonic Analyzer ที่สามารถตรวจวิเคราะห์ได้อย่างน้อยถึงลำดับที่ 50 โดยควรวัดทั้งช่วงการใช้งานปกติและช่วงที่ระบบมีโหลดสูง เพื่อให้เห็นสภาพการทำงานที่ครอบคลุม และบันทึกข้อมูลต่อเนื่องอย่างน้อย 7 วันเพื่อใช้วิเคราะห์แนวโน้ม
แหล่งกำเนิด Harmonic ที่พบได้ในโรงงานและอาคาร
ภายในโรงงานอุตสาหกรรม มีอุปกรณ์และวงจรหลายส่วนที่สามารถกลายเป็นแหล่งกำเนิด Harmonic แม้จะไม่ได้เกิดการเสียหรือชำรุด เพราะปัญหาส่วนใหญ่จะเกิดกับวงจรการทำงานเป็นหลัก สำหรับแหล่งกำเนิดที่สามารถพบบ่อย มีดังนี้
- Inverter หรือ VFD ใช้ควบคุมความเร็วรอบมอเตอร์ เช่น ปั๊ม พัดลม Blower และ Conveyor และเป็นหนึ่งในแหล่งกำเนิด Harmonic ไฟฟ้าที่พบได้บ่อยมากที่สุดในโรงงาน
- UPS ระบบสำรองไฟที่มีวงจรเรียงกระแสและอินเวอร์เตอร์ จึงสามารถสร้าง Harmonic เข้าสู่ระบบไฟฟ้าได้
- Rectifier และ Charger เช่น เครื่องชาร์จแบตเตอรี่และอุปกรณ์แปลงไฟ DC ซึ่งใช้วงจรอิเล็กทรอนิกส์ในการแปลงพลังงาน
- LED Driver ระบบไฟ LED ใช้วงจรอิเล็กทรอนิกส์ในการควบคุมการจ่ายไฟ ซึ่งอาจสร้าง Harmonic ได้ โดยระดับฮาร์มอนิกขึ้นอยู่กับการออกแบบและคุณภาพของอุปกรณ์
- เครื่องจักรและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ เช่น เครื่องเชื่อม เครื่อง CNC ระบบ Automation และ Switching Power Supply ซึ่งสามารถเป็นแหล่งกำเนิด Harmonic ไฟฟ้าในระบบได้
อุปกรณ์เหล่านี้จัดเป็น Non-linear Load เนื่องจากกระแสไฟฟ้าที่ดึงจากระบบไม่ได้เปลี่ยนแปลงเป็นสัดส่วนโดยตรงกับแรงดันไฟฟ้า จึงอาจทำให้รูปคลื่นกระแสเกิดความผิดเพี้ยนและเกิด Harmonic ตามมา
อ่านบทความเพิ่มเติม: 7 ปัญหาระบบไฟฟ้าโรงงานอุตสาหกรรม พร้อมแนะนำแนวทางในการแก้ไข
ผลกระทบของ Harmonic ต่ออุปกรณ์ไฟฟ้า
ปัญหาที่เกิดจาก Harmonic คือ การสะสมความผิดปกติของคลื่นไฟฟ้าภายในวงจรไปเรื่อย ๆ จนทำให้เกิดความขัดข้องกับระบบไฟฟ้าในระยะยาว โดยผลกระทบที่จะเกิดขึ้นมีดังนี้
- หม้อแปลงและสายไฟร้อนขึ้น เมื่อมี Harmonic มาก ระบบไฟฟ้าจะเกิดความร้อนเพิ่มขึ้น ทำให้หม้อแปลง สายไฟ หรือจุดเชื่อมต่อต่าง ๆ ทำงานหนักขึ้น และอาจเสื่อมสภาพเร็วกว่าปกติ
- มอเตอร์ทำงานได้ไม่เต็มประสิทธิภาพ มอเตอร์อาจมีอาการร้อน สั่น หรือทำงานไม่ราบรื่น ซึ่งในระยะยาวอาจทำให้อายุการใช้งานสั้นลงและต้องซ่อมบำรุงบ่อยขึ้น
- อุปกรณ์ไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์เสียบ่อยขึ้น อุปกรณ์บางชนิด เช่น ระบบควบคุม เครื่องจักรอัตโนมัติ หรืออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ อาจไวต่อคุณภาพไฟฟ้า หากไฟฟ้ามีความผิดเพี้ยนมากก็อาจทำงานผิดปกติหรือเกิดความเสียหายได้
- เบรกเกอร์ตัดโดยไม่ทราบสาเหตุ ในบางกรณี ระบบป้องกันอาจตัดการทำงานทั้งที่โหลดไม่ได้สูงจนผิดปกติ ทำให้เกิดความสับสนในการหาสาเหตุ และอาจกระทบต่อการทำงานของเครื่องจักร
- เพิ่มความสูญเสียในระบบไฟฟ้า Harmonic สามารถทำให้ระบบเกิดความร้อนและใช้พลังงานมากขึ้นโดยไม่ก่อให้เกิดงานที่เป็นประโยชน์ ส่งผลให้ประสิทธิภาพของระบบลดลง
- กระทบต่อความเสถียรของเครื่องจักร เครื่องจักรบางประเภทอาจหยุดทำงาน รีเซต หรือทำงานไม่ต่อเนื่อง หากได้รับผลกระทบจากคุณภาพไฟฟ้าที่ไม่ดี
- เพิ่มความเสี่ยงต่อการหยุดสายการผลิต หากปัญหาสะสมจนทำให้อุปกรณ์เสียหรือระบบไฟฟ้าตัด อาจทำให้เครื่องจักรหยุดกะทันหัน ส่งผลต่อเวลาในการผลิต ต้นทุน และแผนงานของโรงงาน
แนวทางแก้ไขและป้องกันการเกิด Harmonic ไฟฟ้า
โดยปกติแล้วการแก้ปัญหา Harmonic ไฟฟ้า จะไม่ทำการติดตั้ง Harmonic Fliter ทันทีที่พบว่ามีค่า THD สูง แต่จะเริ่มจากการตรวจสอบก่อนว่าเกิดปัญหาจากจุดไหนเพื่อทำการแก้ไข
1. การแยกวงจรของแหล่งกำเนิด
ระบบไฟฟ้าที่การวงจรที่ต่อเนื่องกันหลายวงจร กรณีตรวจพบว่าปัญหา Harmonic คือวงจรไหน ให้ทำการแยกวงจรดังกล่าวออกจากวงจรอื่น ๆ เพื่อป้องกันไม่ให้ปัญหา Harmonic ลามไปยังวงจรข้างเคียง
2. อุปกรณ์ Low Harmonic
เลือกใช้อุปกรณ์ที่มีคุณสมบัติ Low Harmonic เช่น VFD ชนิด 18-pulse ที่ออกแบบมาเพื่อช่วยลดสัญญาณ Harmonic ที่เกิดขึ้นในระบบไฟฟ้า
3. การใช้ Harmonic Filter
การติดตั้ง Harmonic Filter เป็นอีกทางเลือกที่นิยม การเลือกใช้แบบไหนขึ้นอยู่กับลักษณะโหลดและงบประมาณ
- Passive Harmonic Filter ซึ่งใช้ตัวเก็บประจุและขดลวดในการกรองความถี่เฉพาะ
- Active Harmonic Filter ซึ่งตรวจจับและชดเชยฮาร์มอนิกแบบเรียลไทม์
4. ตรวจสอบการเดินสายไฟ
การปรับปรุงระบบกราวนด์และเดินสายไฟให้ถูกต้อง เป็นอีกหนึ่งวิธีในการช่วยลดผลกระทบจาก Harmonic ไฟฟ้าได้ โดยต้องเลือกใช้บริการออกแบบและติดตั้งระบบไฟฟ้า จากบริษัทหรือผู้รับเหมาที่มีความเชี่ยวชาญ และสามารถออกแบบวงจรไฟฟ้าได้อย่างเหมาะสม
5. การเลือกใช้อุปกรณ์คุณภาพดี
สิ่งสำคัญที่สุดที่จะช่วยลดการเกิดปัญหาต่อระบบไฟฟ้าได้ คือ การเลือกใช้อุปกรณ์ไฟฟ้าที่มีคุณภาพ ผ่านการรับรองมาตรฐานสากล มีบริการซ่อมบำรุง และการรับประกันอย่างครบถ้วน
ตรวจสอบระบบไฟฟ้าอย่างสม่ำเสมอ ป้องกันการเกิน Harmonic ไฟฟ้า
Harmonic คือ ปัญหา Power Quality ที่เกิดจากรูปคลื่นแรงดันหรือกระแสไฟฟ้าผิดเพี้ยน ซึ่งพบได้มากขึ้นในโรงงานและอาคารสมัยใหม่ เพราะมีการใช้งานเครื่องจักรและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เยอะมากขึ้น ซึ่งการวัดค่า THD ไม่สามารถมองเห็นได้ด้วยตาเปล่า แต่ต้องใช้เครื่องมือมาตรฐานอย่าง Power Quality Analyzer หรือ Harmonic Analyzer เพื่อตรวจสอบเปอร์เซ็นต์ของความผิดปกติ
การตรวจคุณภาพไฟฟ้าและระบบไฟฟ้าโรงงาน จึงกลายเป็นสิ่งที่เจ้าของโรงงานทุกคนไม่ควรมองข้าม เพื่อหาว่ามีส่วนไหนของระบบที่กำลังเกิดความผิดปกติหรือไม่ แล้วดำเนินการแก้ไขก่อนจะเกิดความขัดข้องกับการใช้งาน สามารถติดต่อ ณัฐภูมิ วิศวกรรม เราให้บริการตรวจรับรองระบบไฟฟ้าประจำปี พร้อมบำรุงรักษาระบบไฟฟ้าโรงงาน ด้วยเครื่องมือที่ทันสมัยและได้มาตรฐาน
ปรึกษาหรือสอบถามข้อมูลเพิ่มเติมที่ ติดต่อเรา หรือโทร 098-291-4911 และแอดไลน์ @npeng
คำถามที่พบบ่อยเกี่ยวกับ Harmonic คืออะไร?
Q: ค่า THD ไฟฟ้าควรอยู่ที่เท่าไหร่?
A: ตามมาตรฐาน IEEE 519 ค่า THD ไม่ควรเกิน 5% สำหรับแรงดันไฟฟ้า และไม่เกิน 8% สำหรับกระแสไฟฟ้า
Q: Harmonic อันตรายหรือไม่?
A: หากอยู่ในระดับสูงสามารถทำให้หม้อแปลง สายไฟ มอเตอร์ และ Capacitor Bank ร้อนขึ้น อุปกรณ์บางชนิดทำงานผิดปกติ และทำให้เกิดความสูญเสียในระบบไฟฟ้าได้
Q: จะรู้ได้อย่างไรว่าโรงงานมี Harmonic สูง?
A: ปัญหาที่สามารถตรวจพบได้ เช่น หม้อแปลงหรือสายไฟร้อนผิดปกติ, Capacitor Bank เสียบ่อย, เบรกเกอร์ตัดโดยไม่มีสาเหตุ, มอเตอร์ร้อน หรือ Power Factor แกว่ง แต่ควรตรวจสอบด้วย Power Quality Analyzer หรือเครื่องวัดที่รองรับ Harmonic อีกครั้ง
Q: THDv กับ THDi ต่างกันอย่างไร?
A: THDv ใช้วัดความเพี้ยนของแรงดัน ส่วน THDi ใช้วัดความเพี้ยนของกระแส โดยทั้งสองค่าต้องพิจารณาร่วมกันเมื่อตรวจสอบคุณภาพไฟฟ้า